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" Procédé de bonification du mortier et du béton "
La bonification du mortier et du béton embrasse toute une série de problèmes, tels que l'obtention de l'imperméabi- lité à l'eau, la oonstance de volume, l'augmentation de la résistance proprement dite, de la densité, de la résistance aux influences mécaniques et chimiques, l'empêchement de la formation de boue sur les surfaces, le pouvoir d'adhérence maximum possible au fer, et d'autres propriétés ou qualités importantes.
Un nouveau développement opéré en connaissance du but à atteindre doit s'efforcer d'éviter l'amélioration de cer- taines propriétés du mortier ou du béton au détriment d'au- tres, comme c'est le cas pour la plupart des propositions d'amélioration faites jusqu'à présent. Il parait plutôt désirable d'obtenir seulement une augmentation de la quali- té dans son ensemble, qui intéresse le plus possible toutes les améliorations particulières.
Pour obtenir l'étanchéité à l'eau, on utilise depuis
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longtemps une série de matières colloïdales organiques et inorganiques ayant pour effet de remplir les pores,telles que, par exemple, les savons, les résines, l'émulsion de bi- came, les matières albuminoides, le verre soluble et d'autres hydroxydes colloïdaux inorganiques ou des substances conte- nant ces hydroxydes-,-dont les unes agissent d'une façon net- tement défavorable sur les autres propriétés, en particulier sur la résistance, et dont les autres n'exercent en tous cas pas une action améliorante sur ces autres propriétés.
@ Des agents plus favorableau point de vue de la bonifi- cation générale des matériaux de construction sont, selon des propositions plus récentes, ceux qui, tels les urées,les acides-alcools, les acides humiques,les dérivés de la ligni- ne et les produits analogues, dans des conditions appropriées conduisent,par économie d'eau, à des matériaux plus denses et à une imperméabilité correspondante à l'eau, telle qu'elle doit être désirée dans maints cas.
La tendance vers une nouvelle amélioration s'exesce dans le sens de la recherche de combinaisons de substances de nature plus ou moins compliquée, afin d'obtenir des effets plus marqués. Ainsi, on a déjà proposé d'employer des savons et du verre soluble en combinaison avec des déri- vés de la lignine, ou d'utiliser un acide-alcool en combinai- son avec un phosphate alcalin, sans que par ces propositions on ait atteint complètement le but ou qu'on ait épuisé les d' possibilités, fût-ce seulement/une manière approximative.
Les phosphates solubles,tels que le phosphate alcalin proposé, sont, par eux-mêmes et pour les petites quantités dont l'addition peut être envisagée en pratique, sans effets prononcés sur l'économie d'eau, la densité ou l'étanchéité et la résistance; ils ont seulement pour effet de diminuer un peu la vitesse de prije, comme c'était déjà constant et comme des études approfondies du demandeur l'ont confirmé.
En combinaison avec d'autres agents d'amélioration du ciment,
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les phosphates alcalins ne donnent non plus aucun effet accru'.
Une nouvelle proposition tend à employer des phosphates pour accélérer la prise. Cet emploi de phosphate alcalin est manifestement fondé sur une erreur. Lorsqu'on utilise les phosphates secondaires et en particulier, les phosphates ter- tiaires, qui ont une action basique prononcée, on peut certes constater une certaine accélération de la prise quand on met en oeuvre de grandes quantités de phosphate. Ceci est dû uniquement à la forte alcalinité, les alcalis ayant , comme on le sait, une forte action accélératrice sur la pri- se. L'acide phosphorique ne coopère pas dans ce sens. Si, par exemple, au lieu de phosphate alcalin tertiaire, on a- joute au mortier ou au béton la quantité d'alcali contenue dans ce phosphate, la vitesse de prise est beaucoup plus grande.
L'effet d'un phosphate à réaction alcaline se compo- se par conséquent de l'action accélératrice de l'aloali et de l'action retardatrice de l'acide phosphorique.
Selon une proposition plus ancienne, pour obtenir des mortiers de ciment plus étanches à l'eau et à prise plus rapi- de, on utilise du verre soluble en combinaison avec des sels inorganiques, entre autres avec du phosphate alcalin. Dans ce procédé, dans lequel on travaille avec des quantités a- joutées totales vraiment grandes, s'élevant à environ 10%, seul le verre soluble agit,conformément à ses propriétés connues, de façon à rendre étanche et à accélérer la prise, cependant que le sel inorganique , par exemple le phosphate, est destiné à réduire la quantité d'eau réclamée par le mortier, laquelle est fortement augmentée par le verre solu- ble. Cet effet qui, selon la proposition, peut être obtenu avec de très nombreux sels et est difficile à expliquer,ne caractérise aucune action typique quelconque des phosphates.
Dans ces dernières années, à raison de nouvelles possi- bilités d'utilisation qui ont été découvertes à cette fin dans l'industrie du savon et dans celle qui les emploie ou
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les transforme, une série de composés anhydres de l'acide phosphorique sont devenus accessibles industriellement et sont arrivés sur le marché. Ce sont, entre autres, les poly- phosphates alcalins comme le tripolyphosphate, ainsi que les métaphosphates alcalins polymères comme l'hexamétaphosphate de sodium. Ces nouveaux produits intéressants n'ont encore été ni pris sérieusement en considération ni traités par des spécialistes, dans le domaine des matériaux durcissant hydrauliquement.
Jusqu'à présent, on a uniquement remarqué que la vites- se de prise du gypse peut être retardée par addition de quantités de ces phosphates anhydriques allant jusqu'à 25%, qui ne peuvent pas précisément agir d'une manière favorable sur la stabilité à l'eau, et que la vitesse de prise du mor- tier de ciment peut être retardée par addition de quantités de 0,1 à 1% des phosphates anhydres de de genre.
Cette constatation n'offre rien de nouveau en principe par rapport au fait, comme depuis longtemps, que l'orthophos- phate alcalin exerce une action analogue tant sur le gypse que sur le mortier de ciment. D'après des essais poussés du demandeur, les phosphates anhydres solubles , en quanti- tés allant jusqu'à 0,2 %, n'influencent point la vitesse de prise des mortiers de ciment,/ dans une mesure utilisable en pratique. D'ailleurs, en comparaison, une quantité de 0,5% d'orthophosphate alcalin, par rapport au ciment , double en- viron la durée de prise du mortier de ciment ; lamême quanti- té d'hexamétaphosphate alcalin quadruple environ la durée de prise ordinaire.
Toutefois, le commencement de la prise, qui est en pratique le facteur le plus important, n'est pas retardé, en particulier dans le cas des phosphates anhydres, approximativement selon les rapports numériques susdits. Con- sidérés dans leur ensemble, ces effets des phosphates anhy- dres sont encore absolument compris en ordre de grandeur dans les limites de l'effet connue pour l'orthophosphate et, dans
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les cas extrêmes, on peut obtenir en pratique le même effet retardateur avec une quantité double d'orthophosphate. Etant donné que par de semblables additions de phosphate de nature anhydre on n'assure non plus aucune autre amélioration du mortier et du béton, mais que, par ailleurs, on connaît de très nombreux autres retardateurs efficaoes, la proposition susdite ne constitue pas un enrichissement de la technique.
Dans le cas de la présente invention, il s'agit en particulier de la fabrication de mortier et de béton à prise normale ayant des propriétés d'étanchéité (imperméabilité), de résistance et autres très améliorées,c'est-à-dire de l'obtention d'effets tout autres. On a constaté que des phosphates anhydres salubles, ajoutés en très petite quanti- té en combinaison avec une matière additionnelle connue,de nature organique ou inorganique,ayant une action imperméabi- lisante ou améliorante, à du mortier ou à de béton avant ou pendant leur élaboration, produisent une bonification extraor- dinaire du matériau de construction, qui ne peut jamais être obtenue, fût-ee même approximativement , avec du phosphate ordinaire.
Si, par exemple, du savon alcalin ou alcalino-terreux, de l'émulsion de graisse ou de bitume, du verre soluble ou un autresilicate soluble ou pouvant gonfler, un alumina- te alcalin ou un hydroxyde métallique colloïdal, ou une substance fournissant un hydroxyde métallique , telle que le chlorure d'aluminium ou une autre substance connue pour le remplissage des pores, est ajouté en combinaison avec 0,01 à 0,2% de phosphate anhydre soluble, en particulier d'huxamétylosphate alcalin, à du mortier ou du béton,l'agent d'imperméabilisation acquiert une activité extraordinairement augmentée. En ajoutant une quantité déterminée, on obtient une imperméabilisation beaucoup plus prononcée et en même temps de meilleures propriétés du mortier et du béton.
On obtient des résistances accrues, une meilleure force adhési-
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ve et une plus grande constance de volume, et ainsi les désa- vantages présentés jusqu'ici par de nombreux agents d'im- perméabilisation sont évités. L'addition tout à fait minime de phosphate anhydre soluble permet de réduire en général considérablement la quantité totale de l'agent additionnel à employer, et dans chaque cas on obtient de meilleurs ré- sultats que sans l'addition et avec emploi de plus grandes quantités.
La base de l'activité étendue, nouvellement découverte, des phosphates anhydres solubles, semble être le pouvoir 'qu'ils ont en propre de s'associer avec n'importe celles autres substances pour former des produits ayant des pro- priétés nouvelles, manifestement très favorables à la boni- fication du mortier et du béton. Pour obtenir l'effet confor- me à l'invention, l'emploi de 0,01 à 0,2 % de phosphate an- hydre soluble, rapporté au ciment, suffit complètement , L'effet n'est plus augmenté considérablement par des quanti- tés plus grandes, mais il ne se perd pas non plus de ce fait.
Un effet notable de retardement de la prise ne se manifeste point pour desquantités ajoutées allant jusqu'à 0,2 % ; pour des quantités plus grandes, selon la nature des matiè- res additionnelles utilisées conjointement, cet effet ne se manifeste pas davantage ou bien plus ou moins affaibli. Pour cela, il faut de nouveau recourir à la combinaison des phos- phates anhydres avec les matières additionnelles employées conjointement. Il s'agit ici précisément d'effets qui ne sont pas exercés par les phosphates anhydres solubles seuls, mais qui sont inhérents à la combinaison de ces phosphates avec d'autres matières actives.
L'activité, conforme à l'invention, des différents phosphates anhydres n'est pas tout à fait la même; les pyro- phosphates agissent relativement le plus faiblement; toute- '¯fois, les différences ne sont pas considérables; les matières telles que l'@@xamétaphosphate agissent le plus fortement.De
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préférence, on n'emploie que 0,01 à 0,2 % de phosphate anhy- dre, par rapport au ciment; des quantités plus grandes se- raient en général antiéconomique puisqu'elles n'offrent au- oun avantage particulier.
Pour autant qu'un certain retarde- ment de la prise du mortier ou du béton à fabriquer dût pa- raitre désirable, il pourrait aussi être effectué, dans des circonstances appropriées, par des quantités choisies plus grandes de phosphate anhydre ou d'orthophosphate utilisé con- jointement. Toutefois, en règle générale, il sera nécessaire d'employer conjointement un des retardateurs de prise plus actifs oonnus.
L'emploi de phosphate anhydre exposé ci-avant se présente d'une manière particulièrement favorable lorsque, comme autres composants, on emploie des matières organiques connues ayant une influence favorable-généralisée sur le mor- tier et le béton, telles que, par exemple, les urées,les acides-alcools, les acides humiques, l'acide algique ou les dérivés de lignine. En ce qui concerne la matière nommée en dernier lieu, Inaction du procédé va être expliquée plus en détail ci-après.
Si, par exemple, on emploie une quantité de sel alcalin pur d'acide ligninesulfonique égale à 0,2 % parrapport au ciment, on obtient un mortier de plasticité accrue, qui at- teint des résistances un peu augmentées,mais ne donne pas lieu à une imperméabilité à l'eau satisfaisant à de très grandes exigences. Si, cependant, on emploie, en plus des
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0,2 % de dérivéne lignine , 0,05 % d'hexamétaphospha-te de sodium, on obtient un produit d'une très haute imperméabilité à l'eau, ayant en même temps une résistance considérablement augmentée, une force adhésive et une constance de volume très grandes, des surfaces complètement exemptes de boue, et enfin une très bonne résistance d'adhérence au fer.
D'une manière analogue, d'autres matières additionnelles connues, agissant d'une façon similaire, pour le mortier et le béton,
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en particulier celles citées plus haut, en combinaison avec un phosphate anhydre fournissent des produits d'une valeur augmentée en conséquence.
Un mortier ou un béton de ce genre fabriqué selon l'in- vention réunit sous le rapport de la possibilité d'élabora- tion ou d'emploi et de la qualité finale un degré de perfec- tion en soi, qui ne pouvait pas être atteint jusqu'à présent.
L'état de choses exposé introduit la nouvelle connaissance que les phosphates anhydres solubles, qui, employés seuls, ne sont pas capables d'une amélioration quelconque,sont ca- pables , en combinaison avec d'autres matières auxiliaires connues, de produire des effets extraordinaires pour l'amé- lioration du mortier et du béton.
Pour l'utilisation pratique des nouvelles matières d'ad- dition combinées,les conditions usuelles sontapplicables ; on peut mélanger les mélanges de matières ou les matières sépa- rément, éventuellement sous forme de poudre, au mélange
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lt sec constitutif des matériaux de construction ou rajouter tk sous une forme convenable à l'eau de gâchage ou rajouter d'une autre manière avant ou pendant la préparation ou élabo- ration . De plus, évidemment, toutes les autres matières additionnelles usuelles ajoutées au mortier et au béton,par exemple les accélérateurs ou retardateurs de prise, agents de durcissement, , charges, colorants etc. sont utilisables.
La procédé entre en considération principalement pour la préparation de mortier et de béton, mais aussi pour les matériaux de construction dont la prise doit être acoélérée ou ralentie par des additions convenables.
REVENDICATIONS.
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"Mortar and concrete improvement process"
The improvement of mortar and concrete embraces a whole series of problems, such as obtaining impermeability to water, the constancy of volume, the increase of the resistance proper, of the density, of the resistance to mechanical and chemical influences, prevention of sludge formation on surfaces, maximum possible adhesion power to iron, and other important properties or qualities.
A new development carried out with knowledge of the goal to be achieved must endeavor to avoid the improvement of certain properties of the mortar or concrete to the detriment of others, as is the case for most of the proposals of improvement made so far. Rather, it seems desirable to obtain only an increase in the quality as a whole, which concerns all the particular improvements as much as possible.
To achieve water tightness, we have used since
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long a series of organic and inorganic colloidal materials having the effect of filling the pores, such as, for example, soaps, resins, bicam emulsion, albuminoid materials, water glass and other colloidal hydroxides inorganic or substances containing these hydroxides -, - some of which act in a markedly unfavorable way on the other properties, in particular on the resistance, and of which the others do not in any case exert an improving action on the other properties. these other properties.
@ Agents more favorable from the point of view of the general improvement of building materials are, according to more recent proposals, those which, such as ureas, acid-alcohols, humic acids, derivatives of lignin and the like products, under suitable conditions lead, by saving water, to denser materials and to a corresponding impermeability to water, as should be desired in many cases.
The trend towards further improvement is in the direction of seeking combinations of substances of a more or less complicated nature, in order to obtain more marked effects. Thus, it has already been proposed to use soaps and water glass in combination with derivatives of lignin, or to use an acid-alcohol in combination with an alkaline phosphate, without these proposals having resulted in completely achieved the goal or that the possibilities have been exhausted, even if only in an approximate way.
Soluble phosphates, such as the proposed alkaline phosphate, are, by themselves and for small amounts, the addition of which may be considered in practice, without pronounced effects on water saving, density or tightness and resistance; they only have the effect of decreasing the speed of prije a little, as was already constant and as extensive studies by the applicant have confirmed.
In combination with other cement improving agents,
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alkaline phosphates also do not give any increased effect.
A new proposal tends to use phosphates to speed up the setting. This use of alkaline phosphate is clearly based on error. When using the secondary phosphates and in particular the tertiary phosphates, which have a pronounced basic action, it is certainly possible to observe a certain acceleration of the setting when large quantities of phosphate are used. This is due only to the strong alkalinity, the alkalis having, as is known, a strong accelerating action on the setting. Phosphoric acid does not cooperate in this sense. If, for example, instead of tertiary alkaline phosphate, the quantity of alkali contained in this phosphate is added to the mortar or concrete, the setting speed is much greater.
The effect of an alkaline reacting phosphate therefore consists of the accelerating action of aloali and the retarding action of phosphoric acid.
According to an older proposal, in order to obtain cement mortars which are more watertight and which set faster, water glass is used in combination with inorganic salts, inter alia with alkali phosphate. In this process, in which one works with really large total added amounts, amounting to about 10%, only the water glass acts, according to its known properties, so as to seal and accelerate the setting, however. that the inorganic salt, for example the phosphate, is intended to reduce the quantity of water required by the mortar, which is greatly increased by the soluble glass. This effect which, according to the proposal, can be obtained with very many salts and is difficult to explain, does not characterize any typical action of phosphates.
In recent years, due to new possibilities of use which have been discovered for this purpose in the soap industry and in that which employs them or
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transforms them, a series of anhydrous compounds of phosphoric acid have become industrially accessible and have entered the market. These are, among others, alkaline polyphosphates such as tripolyphosphate, as well as polymeric alkali metaphosphates such as sodium hexametaphosphate. These interesting new products have not yet been seriously considered or treated by specialists in the field of hydraulically hardening materials.
So far, it has only been observed that the setting rate of gypsum can be retarded by adding amounts of these anhydrous phosphates up to 25%, which cannot precisely act favorably on the stability. to water, and the rate of setting of the cement mortar can be retarded by adding 0.1 to 1% amounts of the anhydrous genus phosphates.
This observation offers nothing new in principle compared to the fact, as it has for a long time, that alkaline orthophosphate exerts a similar action both on gypsum and on cement mortar. According to extensive tests by the applicant, soluble anhydrous phosphates, in amounts up to 0.2%, do not influence the setting rate of cement mortars, to an extent which can be used in practice. Moreover, in comparison, an amount of 0.5% of alkaline orthophosphate, relative to the cement, approximately doubles the setting time of the cement mortar; the same amount of alkaline hexametaphosphate approximately quadruple the usual setting time.
However, the onset of setting, which in practice is the most important factor, is not delayed, especially in the case of anhydrous phosphates, approximately according to the above numerical ratios. Taken together, these effects of anhydrous phosphates are still absolutely understood in order of magnitude within the limits of the known effect for orthophosphate and, in
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in extreme cases, the same retarding effect can be obtained in practice with a double quantity of orthophosphate. Since by similar additions of phosphate of an anhydrous nature no further improvement of the mortar and concrete is ensured either, but, moreover, very many other effective retarders are known, the aforementioned proposal does not constitute an enrichment. of technique.
In the case of the present invention, it is in particular the manufacture of mortar and normal setting concrete having very improved waterproofing (impermeability), resistance and other properties, that is to say of obtaining completely different effects. It has been found that salable anhydrous phosphates, added in very small amounts in combination with a known additional material, of organic or inorganic nature, having a waterproofing or improving action, to mortar or concrete before or during their preparation. elaboration, produce an extraordinary improvement of the building material, which can never be obtained, even approximately, with ordinary phosphate.
If, for example, alkaline or alkaline earth soap, grease or bitumen emulsion, water glass or other soluble or swellable silicate, an alkali alumina or a colloidal metal hydroxide, or a substance providing a metal hydroxide, such as aluminum chloride or another substance known to fill the pores, is added in combination with 0.01 to 0.2% soluble anhydrous phosphate, in particular alkaline huxametylosphate, to mortar or from concrete, the waterproofing agent acquires an extraordinarily increased activity. By adding a certain amount, a much more pronounced waterproofing is obtained and at the same time better properties of the mortar and concrete.
Increased strengths, better adhesive strength are obtained.
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ve and greater volume consistency, and thus the disadvantages heretofore presented by many impermeabilizers are avoided. The very minimal addition of soluble anhydrous phosphate generally permits a considerable reduction in the total amount of additional agent to be employed, and in each case better results are obtained than without the addition and with the use of larger amounts. quantities.
The basis for the newly discovered extensive activity of soluble anhydrous phosphates seems to be their own power to combine with any other substances to form products with new properties, obviously. very favorable to the improvement of mortar and concrete. To obtain the effect according to the invention, the use of 0.01 to 0.2% of soluble anhydrous phosphate, relative to the cement, is completely sufficient. The effect is no longer considerably increased by larger quantities, but it is not lost as a result.
A notable effect of delaying setting does not appear for added quantities of up to 0.2%; for larger quantities, depending on the nature of the additional materials used jointly, this effect is not manifested more or more or less weakened. For this, it is again necessary to resort to the combination of the anhydrous phosphates with the additional materials used jointly. These are precisely effects which are not exerted by soluble anhydrous phosphates alone, but which are inherent in the combination of these phosphates with other active substances.
The activity, in accordance with the invention, of the various anhydrous phosphates is not quite the same; the pyrophosphates act relatively weakly; however, the differences are not great; materials such as xametaphosphate act most strongly.
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preferably, only 0.01 to 0.2% anhydrous phosphate is used, based on the cement; larger quantities would in general be uneconomical since they offer no particular advantage.
So far as some retardation of the setting of the mortar or concrete to be made should appear desirable, it could also be effected, under appropriate circumstances, by selected larger amounts of anhydrous phosphate or orthophosphate used. jointly. As a general rule, however, it will be necessary to use one of the more active set retarders together.
The use of anhydrous phosphate described above is particularly favorable when, as other components, known organic materials having a favorable-generalized influence on mortar and concrete are employed, such as, for example, , ureas, acid-alcohols, humic acids, algic acid or lignin derivatives. With regard to the last named matter, the action of the process will be explained in more detail below.
If, for example, we use a quantity of pure alkali salt of ligninsulphonic acid equal to 0.2% relative to the cement, we obtain a mortar of increased plasticity, which achieves somewhat increased strengths, but does not give rise to to water impermeability meeting very high requirements. If, however, one employs, in addition to
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0.2% of lignin derivative, 0.05% of sodium hexametaphosphate, a product is obtained with a very high impermeability to water, having at the same time a considerably increased resistance, an adhesive force and a consistency. very large in volume, surfaces completely free of mud, and finally a very good adhesion resistance to iron.
Similarly, other known additional materials, acting in a similar fashion, for mortar and concrete,
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in particular those mentioned above, in combination with an anhydrous phosphate provide products of correspondingly increased value.
A mortar or concrete of this kind produced according to the invention combines, with regard to the possibility of processing or use and the final quality, a degree of perfection in itself, which could not be achieved. reached so far.
The state of affairs presented introduces the new knowledge that soluble anhydrous phosphates, which, employed alone, are not capable of any improvement, are capable, in combination with other known auxiliary materials, of producing effects. extraordinary for improving mortar and concrete.
For the practical use of the new combined additives, the usual conditions apply; the mixtures of materials or the materials can be mixed separately, optionally in powder form, with the mixture
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The dry component of the building materials or add tk in a suitable form to the mixing water or add in some other way before or during preparation or preparation. In addition, of course, all other customary additional materials added to the mortar and concrete, for example setting accelerators or retarders, curing agents, fillers, colorants etc. are usable.
The process comes into consideration mainly for the preparation of mortar and concrete, but also for construction materials whose setting must be accelerated or slowed down by suitable additions.
CLAIMS.
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